DD210343A1

DD210343A1 - Verfahren zum messen der uebertragungskapazitaet von lichtleitern

Info

Publication number: DD210343A1
Application number: DD23792882A
Authority: DD
Inventors: Georg Baars; Bernd Forbrig
Original assignee: Inst Fuer Nachrichtentechnik
Priority date: 1982-03-08
Filing date: 1982-03-08
Publication date: 1984-06-06

Abstract

Ziel ist es, bei vorgegebener kilometrischer Laenge und vorgegebener Bitrate die unbekannte Laenge eines Uebertragungsabschnittes zwischen zwei mit Regeneratoren ausgeruesteten Zwischenstellen zu ermitteln.Gemaess Aufgabe soll dabei die Messgenauigkeit erhoeht und der Messaufwand verringert werden. Die Loesung besteht in der optischen Erzeugung eines Doppelimpulses.Beide Impulse werden hintereinander, zueinander verzoegert, auf die zu messende Leitung gegeben.Der Maximalpegel und der durch eine Einsattelung zwischen den Impulsen entstehende Minimalpegel werden gemessen und der Quotient beider Pegel zur Anzeige gebracht.Das Verhaeltnis zwischen vorgegebenem Pegelquotient und angezeigtem Pegelquotient stellt eine Aussage ueber die festzulegende Laenge des Uebertragungsabschnittes dar.

Description

Ι

Berlin,. den 17. -2. 1982 ze-scht 29170/^6

Anmelder Bears', Georg Dipl.-Ing,

Forbrig, Bernd Dr,-Ing*

Titel ' . .

Terfähren zum Messen der Übertragungskapazität von

LichfTeitirn^:' _;

Anwendungsgebiet -

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Übertragungskapazität von in der optischen:Nachrichtenübertragungstechnik als Übertragungsmedium eingesetzten Quarzglasfasern, im weiteren Lichtleiter, genannt.

Charakteristik'"bekannter technischer Lösungen

Zur Bestimmung der Übertragungskapazität von Lichtleitern, das ist die Anzahl der zu übertragenden Bits pro Sekunde, wird bekanntlich in einen Lichtleiter der Län-,ge.l .stirnseitig an ,einem Ende ein kurzer wenige 100 ps; breiter elektrisch erzeugter Lichtimpuls eingekoppelt

und am.anderen Ende die Impulsform registriert. Die sich infolge der Laufzeit als Zeitwert ergebende Impulsverbreiterung t ergibt sich zu:

t² _a

wobei t die Halbwertsbreite des registrierten Impulses und t die des eingekoppelten Impulses ist, vgl·· Wiss* Ber. AEG felefunken (1978) 2/3, S. 97 - 103. Wird die Impulsverbreiterung t auf die Länge 1 des Licht leiters bezogen, so ergibt sich, die als "Dispersion" bekannte Größe

ns ki.

Der Zusammenhang zwischen At. und; 1 ist nichtlinear, so daß_: die Eigenscha'ften, des. Lichtleiters nur in grober Ilaherung durchAtT charakterisiert sind, vgl· Elektronik, München 198o/i2, S. 87 - 91. Die Übertragungskapazität beziehungsweise maximale Bitrate M___, gemessen in Mbit/s,

IuQΛ '

ergibt sich näherungsweise zu

ax

= (At. I)"¹.. (3)

Da also^T= f (1) gilt und aui3erdem 6.X, vom Aufbau, der Konstruktion und den Verlegungsverhältnissen des Lichtleiterkabels abhängig ist, ist es demnach nicht möglich, den Maximalwert der Übertragungskapazität exakt zu bestimmen. Eine exaktere Methode stellt die Ermittlung der den Lichtleiter vollständig kennzeichnenden Größe der Übertragungsfunktion g (t) oder deren fouriertransformierte Punktion G (f) dar, die auch als frequenzgang

-JJ-

bezeichnet wird. Rechnerisch läßt sich jedes beliebige Eingangssignal s_a(t) durch Faltung mit g(t) in das dazugehörige Ausgangssignal s_Q(t) entsprechend

s_a(t) = g(t)# s_e(t)

überführen.

Bei gegebenem Eingangssignal s (t) der Bitrate M wird anhand des dazugehörigen Ausgangssignals s_(t) festgestellt, ob "0" oder '"!"-Pegel sicher zu unterscheiden sind-und so die maximale Bitrate U ^ ermittelt. Dieses

. mas

Verfahren ist jedoch relativ zeitaufwendig und mit Fehlern bei der mathematischen Modellierung, behaftet. Außerdem ist eine einmal ermittelte max.;^^ Lichtleiter der Länge 1.. infolge der bereits.: erwähnten Hichtlinearitäten und Unsicherheiten nicht linear approxiinierbar auf einen Lichtleiter der Länge I₀.

der. Erfindung

o

Ziel der Erfindung ist es, bei vorgegebener kilometri-.scher Länge und vorgegebener Bitrate eines Lichtleiters die unbekannte Länge eines Übertragungsabschnittes zv?i- (~J . sehen zwei mit Regeneratoren ausgerüsteten Zwischenstellen zu ermitteln·

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen der Übertragungskapazität von Lichtleitern anzugeben, bei dem die Meßgenauigkeit erhöht und der Meßaufwand vermindert werden.

- üf -

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein von einer Lichtquelle abgegebener Impuls mittels optischer Mittel in einen aus zwei Einzelimpulsen bestehenden Doppelimpuls zerlegt wird, von denen der eine gegenüber dem anderen optisch relativ verzögert wird und daß beide Impulse mit entsprechender Bitrate hintereinander auf den zu messenden Lichtleiter gegeben werden und am Ende des Lichtleiters der auftretende Maximalpegel und der darauf folgende von.einer Einsattelung zwischen beiden Impulsen herrührende Minimalpegel gemessen werden und der Quotient beider Pegel zur Anzeige gebracht wird, so daß das Verhältnis von vorgegebenem Pegelquotient zu angezeigtem Pegelquotient eine Aussage über die festzulegende Länge des Übertragungsabschnittes darstellt.

In den Lichtleiter,wird also ein optisch erzeugter aus zwei Binse lirapuls en bestehender. Doppelimpuls eingekoppelt, der, am Ende des Lichtleiters als Impulsantwort zwischen beiden Amplituden eine Einsattelung aufweist. Amplituden.und; Einsattelung sowie der Abstand zwischen den. Amplituden werden gemessen. Pur einen ents.presehenden Lichtleiter ergeben sich folgende Kenngrößen:

³ max max

worin bedeuten:

Q = ' Pegelquotient zwischen Minimal- und Maximal-

pegel

= Minimalpegel zwischen den beiden Einzelimpulsen . ,

S„,„_ = ^: Maximalsignalpegel der beiden Einzelimpulse

T = zeitlicher Abstand zwischen den beiden Einzelimpulsen

Der zeitliche Abstand T der Einzelimpulse wird an der Einkoppelstelle -solange variiert, bis Q einen gewünschten Wert, zum Beispiel Q = 5 % erreicht, womit die maximale Bitrate M„„,_ beziehungsweise die Übertragungskapazität festliegt. Der besondere Torteil des Yerfahrens besteht darin, daß es sowohl für Kurzstrecken als auch für Weitverkehrsstrecken geeignet ist.

Ausführungsbeispiel

Anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Pig..1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Messung, der Übertragungskapazität von Lichtleitern

^; kürze r> Langet

Pig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Messung der Übertragungskapazität von Lichtleitern größerer Länge und

Pig. 3 eine modifizierte Darstellung gemäß Pig. 2.

Die Anordnung gemäß Pig. 1 besteht im wesentlichen aus einem elektrischen Impulsgenerator 1, einer Impulslichtquelle 2, zwei optischen Teilern 4;7, die durch zwei Lichtleiter 5;6 unterschiedlicher Länge miteinander verbunden sind, dem Meßobjekt 8, einem Impulsempfänger 9 und einem Sichtgerät 10. Ein kurzes Lichtleiterstück 3 verbindet die Impulslichtquelle 2 mit dem ersten optischen Teiler 4. Als optische Teiler eignen sich zum Beispiel

ι sogenannte Y-Abzweige. Der elektrische Impulsgenerator 1 löst an der Impulslichtquelle 2, zum Beispiel einer Laserdiode, einen Lichtimpuls von ca- 300 ps Halbwertsbreite aus. Dieser Lichtimpuls gelangt über das kurze Lichtleiterstück 3 zum ersten optischen Teiler 4, der den Lichtimpuls auf die beiden Lichtleiter 5;6 unterschiedlicher Länge aufteilt.

Da der eine Lichtleiter 6 langer ist als der andere Lichtleiter 5, wird der eine_}den längeren Lichtleiter 6 durcheilende Lichtimpuls_; gegenüber dem anderen^den kürzeren. Lichtleiter 5 durcheilenden LichtimpulSjum eine gewisse Zeit verzögert, das heißt, er trifft am zweiten optischen Teiler 7 etwas später ein als der ander^LiehtimpuIs. Werden die unterschiedlichen Längen der beiden Lichtleiter mit I^ und Ip.,, der Brechungsindez, des Lichtleiterkerns mit η und die Lichtgeschwindigkeit mit c bezeichnet, so ergibt sich.der Laufzeitunterschied T zu:

Beide Impulse werden zeitlich versetzt, aber zusammenhängend als Doppelimpuls vom zweiten optischen Teiler 7 in das Heßobjekt_;den auszumessenden Lichtleiter 8, eingekoppelt. Bis zum Eintreffen am Impulsempfänger 9 erfahren die Impulse_ eine Verbreiterung unter Ausbildung einer Einsattelung, die den Minimalpegel S . darstellt. Vom Impulsempfänger 9, der die optischen Impulse wieder in elektrische .umwandelt, gelangen diese im Sichtgerät 10 zur.Anzeige und werden entsprechend Gl. (5) und. (6) ausgewertet. Der Laufzeitunterschied T der beiden Impulse, also die Bitrate M, wird durch Längenänderung des längeren Lichtleiters 6, zum Beispiel durch Austausch, solange variiert, bis der Pegelquotient Q den gewünschten Wert, zum Beispiel 5%_r annimmt und die maximale Bitrate M_wra_

. max

beziehungsweise die Übertragungskapazität somit ermittelt

ist. Soll der Wert' der maximalen Bitrate M _, die einem

ΙΠ3Χ

vorgegebenen Pegelquotienten Q entspricht, ermittelt werden, so ist eine Interpolation von

=^f

vorteilhaft, weil dies die Anzahl der Meßvorgänge verringert.

Die nach Pig. 1 beschriebene Variante ist bezüglich der Reichweite auf kürzere Lichtleiterlängen,, beschränkt, weil der vom zweiten optischen Teiler ? in den Lichtleiter 8 eingekoppelte Doppelimpuls bereits erheblich.gedämpft vorliegt. Bei Verwendung von zwei Y-Abzweigen beträgt die zusätzliche Dämpfung ca. 4 dB und bei Verwendung von konventionellen 3-dB-Strahlteilern.sogar 9dB.

Für größere Lichtleiterlängen eignet sich daher eine Variante nach Pig. 2, womit sich ein Dämpfungsgewinn von· ca. 4 dB .erreichen läßt. Die Anordnung gemäß Pig. 2 besteht im wesentlichen aus dem gleichen elektrischen Impulsgenerator 1 , einer Impulslichtquelle. 11, die mit einem optischen Teiler 12 eine Punktionseinheit bildet, einem an sich bekannten Verzögerungslichtleiter 13 und einem Reflektor 14. An den optischen Teiler 12 ist das Meßobjekt, der Lichtleiter 8, angeschlossen, an dessen Ende der Impulsempfänger 9 mit Sichtgerät 10 angeschlossenist.

Der elektrische Impulsgenerator 1 löst über die Impulslichtquelle 11, zum Beispiel eine Laserdiode, die im; . optischen Teiler 12 integriert ist, einen Lichtimpuls von ca. 300 ps Halbwertsbreite aus. Sin Teil des Lichtes, gelangt über den optischen Teiler 12 direkt in den auszumessenden Lichtleiter 8. Der andere Teil des Lichtes gelangt über den Verzögerungslichtleiter 13 auf den Reflektor 14. lach Totalreflexion wird· der reflektierte Lichtimpuls unter Umgehung des optischen Teilers 12 zeitlich.

verzögert in den Kern des Lichtleiters 8 eingekoppelt. Die weiteren Vorgänge verlaufen wie vorher beschrieben.

In Pig. 3 ist der Weg des optisch erzeugten Doppelimpulses nach Pig. 2 verdeutlicht. Die streifenförmige emit-

2 tierende Fläche der Laserdiode 2, zum Beispiel 2 χ 100 ,um , wird über ein erstes optisches System 15 auf einem abgewinkelten Streifenreflektor 16 vergrößert abgebildet. Günstig ist eine 3- bis 8fache Vergrößerung. Ein Teil des von der emittierenden Fläche der Laserdiode 2 ausgehenden Lichtstromes gelangt über ein zweites optisches System 17 und den Streifenreflektor 16 in den Kern des auszumessenden Lichtleiters 8. Der andere Teil des Lichtstromes gelangt über ein drittes optisches System 18 in den Kern des Lichtleiters 13 und wird an der Spiegelfläche 19 einer Stablinse 20 total reflektiert und durchläuft erneut den Kern.desselben Lichtleiters 13, was eine entsprechende Laufzeitverzögerung hervorruft. Dieser verzögerte Anteil des Lichtimpulses wird beiderseits des Streifenreflektors 16 vorbeigeleitet und über das optische System 17 in den auszürneSsenden Lichtleiter 8 eingekuppelt. Die durch den Yerzögerungslichtleiter 13 bewirkte Zusatzdämpfung ist bei den zu erwartenden hohen Bitraten, vgl. Gl* (6);(7), von ca. 20 bis 200 Mbit/s aufgrund der geringen Länge des Verzögerungslichtleiters 13 von ca. 1 bis 10 m, vernachlässigbar klein und beträgt ca* 0,1 dB.. Die Reflexionsverluste an der Spiegelfläche 19 sind ebenfalls mit 0,1 dB vernachlässigbar. Durch die optische Abbildung am Reflektor 16 entstehen Verluste von ca. 1 dB. Die Schwächung des reflektierten Lichtstromes vom dritten optischen System 18 zum zweiten Optischen System 17 durch den Streif enreflektor ,1.6 kann < 1 dB gehalten werden, wenn die betroffene Streifenfläche nicht mehr als 20 % der Kernfläche des am zweiten optischen System 17 vergrößerten Zwischenbildes des Kerns des Lichtleiters 8 ausmacht.

Ist der Verzögerungslichtleiter 13 sehr kurz, zum Beispiel 10 cm, und der Laserimpuls relativ breit, zum Beispiel 1 ns, läßt sich nahezu der doppelte Lichtstrom in den 50 /tun dicken Kern des Lichtleiters 8 einkoppeln· Der Grund ist darin zu sehen, daß der Lichtstrom pro Flächeneinheit der emittierenden Fläche begrenzt wird. In einen Lichtleiter mit einem 50/um dicken Kern kann des-

/ 2

halb nur der von einer 50 χ 2 /um betragenden Emissionsfläche ausgehende Lichtstrom eingekoppelt werden. Im oben beschriebenen Beispiel wird aber praktisch fast der ge-

samte, von einer 100 χ 2,um großen Fläche ausgehende Lichtstrom in einem 50/um dicken Lichtleiterkern eingekoppelt.

Claims

Srfindungsanspruch

Verfahren zum Messen der Übertragungskapazität von Lichtleitern, deren Maß die Länge eines Übertragungsabschnittes bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Lichtquelle abgegebener Impuls mittels optischer Mittel in einen aus zwei Einzelimpulsen bestehenden Doppelimpuls zerlegt wird, von denen der eine gegenüber dem anderen optisch relativ verzögert wird und daß beide Impulse mit entsprechender Bitrate hintereinander auf den zu messenden Lichtleiter gegeben werden und am Ende des Lichtleiters der auftretende Maximalpegel und der darauf folgende, von einer Einsattelung zwischen den beiden Impulsen herrührende Minimalpegel gemessen werden und der Quotient beider Pegel zur Anzeige gebracht wird, so daß das Verhältnis von vorgegebenem Pegelquotient zu angezeigtem Pegelquotient eine Aussage über die festzulegende Länge des Übertragungsabschnittes.darstellt.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen.